陕西
马铃薯（Solanum tuberosum）是我国第四大粮食作物，总产量居世界首位，其产业是云南乡村振兴的重要支柱。块茎作为马铃薯储藏器官，大小和数量直接影响其产量。马铃薯块茎由地下匍匐茎亚顶端膨大而成，因此匍匐茎的数量决定了块茎发生的上限，进而直接影响产量潜力。
近日，云南大学黄斌全研究员团队在New Phytologist发表了题为StLAX5 regulates stolon initiation to control the tuber number and productivity of potato的研究论文，该研究揭示生长素内流转运载体编码基因StLAX5通过调控地下茎节点数量，改变匍匐茎发生位点数量，进而调控块茎数目与产量，为马铃薯产量改良提供了新的基因靶点。
该研究发现，生长素内流转运载体编码基因StLAX5正调控马铃薯块茎数量与产量。StLAX5基因超量表达植株（OE）的块茎数量明显多于野生型（WT），而StLAX5基因敲除植株（KO）的块茎则显著减少。OE单株块茎数增加51.6%，产量提高35.7%；KO块茎数减少29.1%，产量下降23.5%。尽管不同基因型之间块茎大小分布存在差异，但总产量的变化由块茎数量差异决定。进一步对匍匐茎起始动态的观察发现，在匍匐茎发育阶段，OE植株的匍匐茎数量始终高于野生型，KO植株始终低于野生型。然而，三组材料间膨大匍匐茎的比例无显著差异，这说明StLAX5是通过调控匍匐茎的起始数量来影响块茎数目与最终块茎产量（图1）。
图1 | StLAX5影响马铃薯块茎产量和匍匐茎起始
为探究StLAX5调控匍匐茎起始的机制，研究团队对12日龄幼苗地下茎段进行TTC染色，结果显示，OE植株匍匐茎原基数量较野生型增加45%，KO植株则显著减少37.5%。进一步计数发现，OE植株单位长度节点数显著增多（节间缩短），KO植株节点数显著减少（节间伸长）；但各基因型单节点形成匍匐茎原基的能力并无显著差异。这表明StLAX5通过调节节点密度，而非节点效率，决定匍匐茎原基总数。激素测定显示，OE地下茎生长素（IAA）含量显著升高，KO则显著降低。利用DR5::GUS生长素信号报告系统进一步证实，野生型植株在匍匐茎发育全过程均呈现强烈GUS信号，而StLAX5敲除植株中信号显著减弱。上述结果表明，StLAX5缺失会显著削弱局部生长素积累与信号输出，进而降低节点密度与匍匐茎原基总数（图2）。
图2 | StLAX5调控匍匐茎原基数和生长素信号
综上所述，研究团队提出了StLAX5调控匍匐茎起始与块茎产量的完整模型。在该模型中，StLAX5作为生长素内流转运载体，通过促进IAA在地下茎中的积累，抑制独脚金内酯（SL）的合成，从而将植株从节间纵向伸长转向地下茎节发生与侧向分枝，最终导致节间缩短、单位长度节点密度显著增加，而各节点的匍匐茎原基起始效率保持不变。因此，块茎数量的增加并非源于每个节点更高效，而是源于可供匍匐茎发生的节点总数增加。这一节点密度调控机制突破了传统研究仅关注腋芽激活的局限，在马铃薯中确立起始位点数量作为一个遗传改良的增产维度（图3）。
图3 | StLAX5调控马铃薯匍匐茎起始与块茎产量的模式图
云南大学农学院已毕业博士研究生王婷婷、博士后孙思凡和博士研究生周光东为该论文共同第一作者，黄斌全研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、云南省基础研究计划、云南大学高端引进人才科研启动基金以及中央引导地方科技发展专项等项目的资助。
论文链接：
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/nph.71253
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